Immagina di fare escursioni in montagna quando una bufera di neve colpisce. Nonostante il cappotto caldo, la temperatura corporea inizia a scendere. Ma non temere. I sensori di temperatura nella giacca ti fanno diventare più freddo, attivando gli elementi riscaldanti incorporati nel tessuto. Perfettamente tostato, continui la tua escursione.
Sembra un'idea intelligente, vero? Perché non è una realtà? In una parola, batterie. La tecnologia delle batterie non è progredita altrettanto rapidamente della tecnologia indossabile, il che significa che gli indossabili (smartwatch, fitness tracker, sensori medici incorporati nell'abbigliamento) devono essere dotati di batterie voluminose o collegati per ricaricare a intervalli frequenti.
Ora, i ricercatori nel Regno Unito hanno un nuovo sviluppo che potrebbe portare a una soluzione: un dispositivo flessibile a batteria realizzato in grafene che può essere stampato direttamente su quasi tutto.
"È possibile stampare le batterie su un supporto flessibile come i tessuti", afferma Mohammad Nazmul Karim, membro del National Graphene Institute dell'Università di Manchester. "E può essere caricato molto rapidamente."
I dispositivi, recentemente descritti nella rivista 2D Materials, non sono tecnicamente batterie ma supercondensatori, che accumulano energia sulle loro superfici mediante carica statica. Possono essere caricati in modo estremamente rapido rispetto alle batterie, in pochi secondi, anziché in minuti o ore, e non perdono le loro capacità di accumulo di energia nel tempo, anche dopo milioni e milioni di cariche.
I supercondensatori sviluppati da Karim e dal suo team sono realizzati in grafene, un reticolo bidimensionale di carbonio spesso solo un atomo. I ricercatori hanno utilizzato una tecnica di serigrafia di base per stampare un supercondensatore flessibile di inchiostro a base di ossido di grafene su tessuto di cotone. Il tessuto può essere indossato, allungato e persino gettato nel lavaggio senza distruggere le capacità di carica del supercondensatore.
"Se hai un pezzo di tessuto e applichi il grafene su quel tessuto, non solo lo rende conduttivo, ma lo rende anche più forte", afferma Karim.
Il grafene può essere allungato fino al 20 percento in più rispetto alle sue dimensioni originali senza rompersi. Questo è uno dei motivi per cui è considerato così promettente per i dispositivi indossabili, che devono muoversi con il corpo.
L'obiettivo iniziale del team è quello di utilizzare i supercondensatori al grafene per sensori medici: cardiofrequenzimetri indossabili, sensori di temperatura e sensori EEG per monitorare il sonno e altre attività cerebrali. Questo potrebbe accadere in soli due o tre anni, stima Karim. Altri usi - vestiti con la carica del tuo cellulare, computer indossabili, persino la giacca stabilizzatrice della temperatura che ho descritto - sarebbero significativamente più avanti.
La tecnologia indossabile, dagli smartwatch ai fitness tracker alle fotocamere indossabili ai sensori medici incorporati nell'abbigliamento, è un grande business. Una recente analisi di CCS Insight suggerisce che il settore varrà circa 34 miliardi di dollari entro il 2020. Ma la ricarica è stata un problema costante per gli sviluppatori di dispositivi indossabili. Nessuno vuole togliersi il cinturino per caricarsi a metà giornata. Quindi la ricerca di batterie migliori e soluzioni di ricarica alternative è in corso da anni. Molte aziende si sono affidate alla ricarica wireless come l'onda del futuro per i dispositivi indossabili: potresti semplicemente entrare nella tua cucina e far caricare il tuo dispositivo da un caricabatterie wireless sul muro mentre cucini la cena, senza nemmeno toglierlo. Ma la tecnologia è ancora molto in fase di sviluppo e finora i consumatori sono stati lenti a scaldarsi ai caricabatterie wireless relativamente lenti e costosi sul mercato.
Karim avverte che il grafene non è nemmeno un proiettile d'argento.
"C'è molto clamore intorno al grafene e dobbiamo stare attenti", dice.
Una delle maggiori sfide consiste nel produrre grandi quantità di grafene di alta qualità. È economico e facile produrre grafene di qualità inferiore, il che va bene per alcune applicazioni. Ma la migliore qualità del grafene è ancora costosa e laboriosa da produrre, un problema su cui i ricercatori stanno lavorando.
"Mantenere l'alta qualità del grafene in quantità scalabile è una grande sfida", afferma Karim.
Un altro svantaggio del grafene è che non conduce elettricità né metalli. Quindi mentre i supercondensatori a base di grafene sono forti e flessibili, così come i supercondensatori relativamente rispettosi dell'ambiente, i supercondensatori d'argento o di rame sono più conduttivi. A seconda dell'uso, uno o l'altro potrebbe essere preferibile.
Quindi guarda questo spazio. Tra un decennio o due, potremmo descrivere la nuova giacca invernale in grafene supercapacitor, perfetta per il tuo prossimo viaggio in Himalaya.
